重型燃气轮机透平第一级动叶复合冷却数值研究

重型燃气轮机透平第一级动叶复合冷却数值研究
【原创版】
目录
一、研究背景和意义
二、研究方法
1.采用 Realizable k-湍流模型和 Simple 算法
2.结合有限体积法对三维定常不可压缩 N-S 方程进行离散
三、研究结果
1.不同吹风比和主流湍流度条件下的气膜冷却效率数值模拟结果
2.提高燃气轮机性能的重要途径是提高透平进口燃气温度
四、研究结论和展望
正文
一、研究背景和意义
燃气轮机作为一种重要的热 - 功转换装置，在航空、船舶、发电及化工等领域得到日益广泛的应用，在国民经济与国防建设中的地位极为重要。

在当前全球能源紧缺的趋势下，各国的相关科研设计人员都在努力提高燃气轮机效率。

提高燃气轮机性能的一个重要途径是提高透平进口燃气温度。

随着透平进口燃气温度的不断提高，其运行温度已远高于金属允许温度，如目前最先进的航空燃气轮机中透平进口燃气温度已达 2000K，先进重型燃气轮机的透平进口温度已达 1873K。

在这种背景下，重型燃气轮机透平第一级动叶复合冷却技术的研究显得尤为重要。

对于燃气轮机透平叶片冷却技术的研究，可以帮助我们更好地理解和掌握燃气轮机在工作过程中的热力学特性，从而为提高燃气轮机的性能和效率提供理论依据。

二、研究方法
本研究采用 Realizable k-湍流模型，并结合 Simple 算法和有限体积法对三维定常不可压缩 N-S 方程进行离散。

通过数值模拟，研究了不
同吹风比和主流湍流度条件下的气膜冷却效率。

Realizable k-湍流模型是一种基于 k-ε模型的湍流模型，其优点在于能够较好地模拟气流在叶片表面的分离和重新附着过程，从而更准确地预测叶片的表面温度。

Simple 算法是一种基于有限体积法的求解算法，
其优点在于计算速度快，适用于大规模的三维数值模拟。

三、研究结果
通过数值模拟，研究发现在不同吹风比和主流湍流度条件下，重型燃气轮机透平第一级动叶的气膜冷却效率存在较大差异。

随着吹风比的增加，气膜冷却效率先增加后减小；而随着主流湍流度的增加，气膜冷却效率几乎呈线性增加。

此外，研究还发现，在一定条件下，提高透平进口燃气温度可以显著提高燃气轮机的性能，但同时也会带来更高的热负荷，因此需要在设计和运行过程中充分考虑叶片的冷却问题。

四、研究结论和展望
本研究通过对重型燃气轮机透平第一级动叶复合冷却技术的数值模拟，揭示了不同吹风比和主流湍流度条件下气膜冷却效率的变化规律，为提高燃气轮机性能和效率提供了理论依据。